Embedded Files
Ahhoz, hogy professzionális szinten tudjunk fával házat építeni – nem csupán tetőt, hanem teljes teherhordó falszerkezetet és födémet –, elengedhetetlen a fa fizikájának ismerete. A fa élő szervezetből származó, irányított szerkezetű, higroszkópos anyag, amely folyamatos kölcsönhatásban áll a környezetével. Nem viselkedik úgy, mint a beton vagy az acél: reagál a nedvességre, mozog, zsugorodik, feszültség keletkezhet benne.
A faépítés minőségét számos tényező befolyásolja, de a nedvességtartalom az egyik legmeghatározóbb. Ez határozza meg a méretváltozást, a vetemedést, a repedéseket, a szerkezeti kapcsolatok viselkedését, és végső soron az épület tartósságát. A száradás nem mellékes technológiai részlet: amikor a kötött víz távozik a sejtfalakból, a fa zsugorodik, a zsugorodás alakváltozást okoz, az alakváltozás pedig szerkezeti következményekkel jár. Ezekkel már a tervezés és a kivitelezés során számolni kell.
A szárítás módja szintén alapvető kérdés. A légszárított és a kamrában szárított fa eltérő belső feszültségállapotban kerül beépítésre, ezért másképp viselkedik.
Nem mindegy, milyen nedvességtartalommal érkezik az anyag a helyszínre, és az sem, milyen környezetbe kerül a beépítés után. Mindig tudnunk kell, mivel dolgozunk, és a várható nedvességváltozásokat bele kell kalkulálnunk a csomópontokba, a rétegrendbe és a szerkezeti kialakításba.
Ez Magyarországon különösen aktuális kérdés, mert ésszerű áron jellemzően légszárított faanyag érhető el, így a nedves fával való munka nem elméleti probléma, hanem mindennapi gyakorlat. Az észak-amerikai piacon ezzel szemben a szerkezeti faanyag döntően műszárított, meghatározott nedvességtartalomra szárítva kerül forgalomba, így a száradásból eredő mozgások jelentős része már a gyártás során lezajlik. Nálunk ez sokszor a beépítés után történik meg.
A fa mint élő szerkezetből lett építőanyag
A fa mint élő szerkezetből lett építőanyag
A fa nem homogén anyag, hanem egy élő szervezet átalakult szövete. A törzs keresztmetszetén – ahogy a képen is látható – jól elkülönül egymástól a külső, világosabb szíjács és a belső, sötétebb geszt.
A szíjács (sapwood) a kéreg alatti, fiatalabb réteg. Ez a fa aktív része, amely részt vesz az életfolyamatokban, és elsődleges feladata a víz és a tápanyagok szállítása a gyökerektől a lombkoronáig. Nedvességtartalma jellemzően magasabb, szerkezete élő működésre optimalizált.
A geszt (heartwood) ezzel szemben a törzs belső, idősebb magja. Már nem vesz részt az aktív víz- és tápanyagszállításban, a sejtek elhaltak, anyaga az évek során átalakul és felhalmozódik. Elsődleges szerepe a mechanikai stabilitás biztosítása. Sűrűbb, tartósabb, és másképp viselkedik nedvességváltozás hatására, mint a szíjács.
Ez a kettősség alapvetően meghatározza a fa fizikai viselkedését, és azt is, hogyan reagál a száradásra a különböző zónákból származó fűrészáru.
Nedvességtartalom és a rosttelítettségi pont
Nedvességtartalom és a rosttelítettségi pont
A fa növekedése során folyamatosan vizet vesz fel. A vizet a gyökereken keresztül juttatja be a szervezetébe, majd a törzsön keresztül szállítja tovább a lombkoronáig, miközben a leveleken keresztül is kapcsolatban áll a környezet nedvességével. A fa nedvességtartalma évszakonként változik: tavasszal és nyáron, a növekedési időszakban a legmagasabb, míg ősszel és télen a nedvesség nagyobb arányban a gyökerekben koncentrálódik, amikor a növekedés lelassul vagy leáll. Ezért a téli fakitermelés kedvezőbb kiindulási állapotot jelenthet.
A fa rendkívüli mennyiségű vizet képes tárolni, akár a saját száraz tömegének többszörösét is. A faanyag nedvességtartalmát MC-vel (Moisture Content) jelöljük, amely a fában található víz mennyiségét fejezi ki a száraz tömeghez viszonyítva, százalékos formában. Számítása a nedves és a teljesen kiszárított állapot tömegének különbségén alapul, a száraz tömegre vetítve.
A fa nedvességtartalma nem egyszerűen azt jelenti, mennyi víz található az anyagban, hanem azt is, hogy a víz milyen formában van jelen. A fatestben kétféle vízzel kell számolnunk: szabad vízzel (free water) és kötött vízzel (bound water). A szabad víz a sejtek közötti üregekben helyezkedik el, az élő fában a tápanyagszállításban játszik szerepet, és jellemzően a 30% feletti nedvességtartalomhoz kapcsolódik. A szárítás során ez távozik először, viszonylag kis energia befektetéssel, és eltávozása nem okoz méretváltozást.
A kötött víz (bound water) ezzel szemben a sejtfalak anyagához molekulárisan kapcsolódik. Erősebben kötődik a fa szerkezetéhez, eltávolítása több energiát igényel, és csak azután kezd távozni, hogy a szabad víz már eltűnt a sejtek üregeiből. A faanyag alakváltozását valójában a kötött víz elvesztése okozza, mert ilyenkor a sejtfalak fizikailag összehúzódnak.
A két állapot határát nevezzük rosttelítettségi pontnak (fibre saturation point). Ekkor a sejtek közötti üregekben már nincs szabad víz, azokat levegő tölti ki, de a sejtfalak még maximálisan telítettek kötött vízzel. Ez az érték átlagosan körülbelül 30% nedvességtartalomnál van, fafajtól függően eltérhet. Amíg a fa nedvességtartalma e szint felett van, nem következik be számottevő zsugorodás. Amint 30% alá csökken, a kötött víz távozásával megindul a méretváltozás.
Ha a fa ebben a tartományban további nedvességet veszít, a sejtfalak közötti tér csökken, a szerkezet összehúzódik, és jelentős zsugorodás lép fel. Ha később ismét nedvesség éri az anyagot, például megázik, a víz döntően szabad víz formájában jelenik meg a sejtek üregeiben, és nem képes ugyanúgy visszaépülni a sejtfalakba, ezért nem okoz azonos mértékű újraduzzadást.
A zsugorodás nem egyenletes a három fő irányban. A farostok hosszirányban rendezettek, ezért a fa a hosszából gyakorlatilag alig veszít (ha ez nem így lenne, és a hosszirányú zsugorodás jelentős volna, gyakorlatilag nem lehetne favázas épületet építeni nem tökéletesen kiszárított faanyagból), a méretváltozás döntően a keresztmetszetben jelentkezik. Amikor a fa nedvességtartalma eléri a környezeti levegő páratartalmához tartozó egyensúlyi értéket, beáll az egyensúlyi nedvességtartalom, és a száradás lelassul vagy megáll.
A sejtek elrendeződése az évgyűrűk mentén szintén meghatározó. Az évgyűrűk mentén a sejtek sűrűbben helyezkednek el, míg a gyűrűk között több az üreg, ahol a szabad víz elhelyezkedhet. Ez az irányultság alapvetően befolyásolja a zsugorodás mértékét és a későbbi alakváltozásokat.
Zsugorodás irányai és az alakváltozás nagysága
Zsugorodás irányai és az alakváltozás nagysága
A száradás hatására a fa zsugorodik, de nem egyformán minden irányban. A sejtszerkezet irányítottsága miatt a három fő irányban eltérő mértékű méretváltozás lép fel: tangenciális, radiális és longitudinális irányban.
Tangenciális irányban, vagyis az évgyűrűk mentén történik a legnagyobb zsugorodás, amely elérheti akár a 8%-ot is. Radiális irányban, az évgyűrűkre merőlegesen ez jellemzően kisebb, körülbelül 4% körüli. Longitudinális irányban, tehát hosszirányban a zsugorodás minimális, nagyságrendileg 0,1%, ezért ezzel szerkezeti szinten általában nem kell számolnunk.
Ez az irányfüggő viselkedés az alapja minden későbbi deformációnak.
A zsugorodás mértéke attól függ, honnan indul a nedvességtartalom, és milyen irányban mérjük a méretet.
Tegyük fel, hogy van egy 30% MC nedvességtartalmú, 15×5 cm-es, lapos vágású pallónk, ahol az évgyűrűk ívesen futnak végig.
A zsugorodás nem egyenlő a két oldalon. Ha a nedvességtartalom 30%-ról 19%-ra csökken, akkor tangenciális irányban a 15 cm-es oldal akár 8%-ot is zsugorodhat, ami 1,2 cm méretváltozást jelenthet. Radiális irányban az 5 cm-es oldalon körülbelül 4% zsugorodás várható, ami 0,2 cm nagyságrendű változás. Ez már szerkezeti szinten is jelentős.
Rönkvágási típusok és azok hatása
Rönkvágási típusok és azok hatása
A száradás két dolgot okoz: zsugorodást és deformációt. Hogy ez milyen mértékű lesz, az nagymértékben attól függ, hogy a fűrészáru a rönk mely részéből származik, és hogyan metszi az évgyűrűket.
Három alapvető vágási típust különböztetünk meg: plain (lapos) vágás, quarter (negyedelt) vágás és rift (sugárirányú) vágás.
A plain-sawn esetében az évgyűrűk ívesen futnak végig a deszkán. Ez a legkevesebb hulladékkal járó, leggazdaságosabb vágási forma, ugyanakkor a leginkább hajlamos csavarodásra és vetemedésre. Az évgyűrűk jellemzően kb. 30°-os szögben állnak a deszka síkjához képest.
A quarter-sawn vágásnál az évgyűrűk közel merőlegesen, 60–90°-os szögben állnak a felülethez képest. Ez a forma méretváltozás szempontjából stabilabb, kevésbé torzul, és egyenletesebb faerezetet ad.
A rift-sawn a legpazarlóbb vágási mód, viszont a legszabályosabb szerkezetet eredményezi. Az évgyűrűk közel párhuzamosan futnak az élekkel, és a zsugorodás arányosabb, de speciális torzulási formák itt is kialakulhatnak.
Mivel tangenciális irányban nagyobb a zsugorodás, mint radiálisan, az ívelt évgyűrűket tartalmazó deszkák száradás közben elhajlanak. A görbület irányát az határozza meg, hogy az évgyűrűk hogyan futnak a keresztmetszetben.
A plain-sawn deszka tipikusan teknősödik: a gyűrűk görbületének ellentétes irányába hajlik. Szélességében többet veszít, mint vastagságában.
A quarter-sawn elemek jellemzően nem torzulnak jelentősen, inkább a vastagságukból veszítenek.
A rift-sawn egyenletesebben zsugorodik, de akár gyémánt alakú torzulás is kialakulhat.
Faanyagok szárítása
Faanyagok szárítása
A friss vágás után a fűrészáru úgynevezett „green wood”, vagyis zöld fa, amelynek nedvességtartalma 30% vagy annál magasabb. Ilyen állapotban nehéz pontos, mérettartó szerkezetet építeni.
A légszárítás során a faanyagot hosszú időre a levegőn hagyják száradni. Ez olcsó, energiaigénye alacsony, de az eredmény nem mindig konzisztens. A keresztmetszet, a klíma és az időjárás jelentősen befolyásolja az eredményt, a folyamat akár 6–10 hónapig is tarthat.
A kemencés szárítás (kiln drying) során a faanyagot szabályozott körülmények között, ipari kemencében 6–8 hét alatt szárítják ki. A végeredmény egyenletesebb nedvességtartalom, kisebb torzulás és stabilabb szerkezet.
Az USA-ban gyakorlatilag kizárólag kemencében szárított szerkezeti faanyaggal építenek. Magyarországon ezzel szemben a piacon elérhető fűrészáru jellemzően légszárított, és a valóságban a megvásárolható anyagok 30% és 19% MC között szórnak. Ez azt jelenti, hogy a száradás jelentős része a beépítés után zajlik le.7
Nedvességtartalom mérése
Nedvességtartalom mérése
A nedvességtartalom mérésére két alapvető eszköztípus terjedt el.
A szondás mérőműszer két pont között méri a fa elektromos ellenállását. Mivel a víz vezeti az áramot, nagyobb nedvességtartalom esetén kisebb az ellenállás. A műszerek kalibrált skálával rendelkeznek, így a mért ellenállásból közvetlenül MC értéket számítanak.
A szonda nélküli, úgynevezett pinless műszerek elektromágneses mezőt használnak. A fa nedvességtartalma befolyásolja a mező visszaverődését és abszorpcióját, ebből számítja a készülék az MC értéket. Előnyük, hogy nem sértik meg a felületet, viszont a mérési mélység és a pontosság függ a fa sűrűségétől és szerkezetétől.
Page updated
Report abuse